Численное исследование влияния аксиальных вибраций конечной амплитуды и частоты на течения и деформации поверхности жидкой зоны в условиях невесомости

Автор: Любимова Татьяна Петровна, Паршакова Янина Николаевна, Скуридин Роберт Владиславович

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 4 т.12, 2019 года.

Бесплатный доступ

Вибрационное воздействие на неоднородные среды является одним из механизмов управления процессами, происходящими в этих средах. Для гидродинамических систем вибрации могут сильно влиять на характер движения и форму поверхности раздела и приводить к поведению, которое значительно отличается от поведения в статических полях. В настоящей работе численно исследуются течения и деформации поверхности цилиндрической жидкой зоны, окруженной коаксиальным слоем газа. Сверху и снизу система ограничена параллельными твердыми пластинами, совершающими аксиальные вибрации с конечной амплитудой и частотой. Задача решается для условий невесомости. Цель работы состоит в исследовании и объяснении природы новых вибрационных явлений, наблюдаемых в экспериментах. Расчеты проводятся в рамках полной неосредненной постановки с использованием метода объема жидкости. Получены данные о мгновенных и средних полях скорости и мгновенной и средней форме поверхности раздела жидкость-газ при различных частотах и амплитудах вибраций...

Еще

Жидкая зона, аксиальные вибрации, среднее течение, волны на поверхности раздела, прямое численное моделирование

Короткий адрес: https://sciup.org/143168917

IDR: 143168917   |   УДК: 532.5:532.61   |   DOI: 10.7242/1999-6691/2019.12.4.39

Numerical study of the influence of axial vibrations of finite amplitude and frequency on flows and meniscus deformations in a liquid zone under zero gravity conditions

Vibrational effect on heterogeneous systems is one of the mechanisms for controlling the processes occurred in these systems. For hydrodynamical systems, vibrations can greatly affect the type of flows and the shape of the interfaces, leading to the behavior that is significantly different from that in static fields. In this paper, the flows and interface deformations are studied numerically for a cylindrical liquid zone surrounded by a coaxial layer of gas. In vertical direction the system is bounded by the parallel rigid plates subjected to the axial vibrations of finite frequency and amplitude. The aim of the work is to study and explain the nature of new vibrational phenomena observed experimentally. The study is performed in the framework of a full non-average approach using the fluid volume method. The data are obtained on the instantaneous and average velocity fields and the instantaneous and average shape of the interface at various frequencies and amplitudes of vibrations. It is shown that the axial vibrations of the rigid plates induce the waves at the interface which propagate from the plates to the zone center. These waves generate an average flow with the direction near interface from the oscillating plates to the zone center. Additionally, vibrations generate an average flow near rigid plates in the form of toroidal vortices with the direction near rigid plates from interface to the zone axis.

Еще

Список литературы Численное исследование влияния аксиальных вибраций конечной амплитуды и частоты на течения и деформации поверхности жидкой зоны в условиях невесомости

  • Strutt J.W. (Baron Rayleigh). The theory of sound. Macmillan, 1877. Vol. 1. 984 p.
  • Schlichting H., Gersten K. Boundary-layer theory. Springer, 2000. 817 p.
  • Longuet-Higgins M.S. Mass transport in water waves // Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. Math. Phys. Sci. 1953. Vol. 245. P. 535-581.
  • Gershuni G.Z., Lyubimov D.V. Thermal vibrational convection. Wiley, 1998. 372 p.
  • Wolf G.H. The dynamic stabilization of the Rayleigh-Taylor instability and the corresponding dynamic equilibrium // Z. Physik. 1969. Vol. 227. P. 291-300.
  • Любимов Д.В., Черепанов А.А. О возникновении стационарного рельефа на поверхности раздела жидкостей в вибрационном поле // Изв. АН СССР. МЖГ. 1986. № 6. С. 8-13.
  • Любимов Д.В., Любимова Т.П. Об одном методе сквозного счета для решения задач с деформируемой поверхностью раздела // Моделирование в механике. 1990. Т. 4(21), № 1. С. 136-140.
  • Lyubimov D.V., Cherepanov A.A., Lyubimova T.P., Roux B. Orienting effect of vibrations on interfaces // C.R.Acad. Sci. Paris. 1997. Vol. 325. Serie IIb. P. 391-396.
  • Любимов Д.В., Хеннер М.В., Шоц М.М. Об устойчивости поверхности раздела жидкостей при касательных вибрациях // Изв. РАН. МЖГ. 1998. № 3. С. 25-31.
  • Khenner M.V., Lyubimov D.V., Belozerova T.S., Roux B. Stability of plane-parallel vibrational flow in a two-layer system // Eur. J. Mech. B Fluids. 1999. Vol. 18. P. 1085-1101.
  • Lyubimov D., Lyubimova T., Roux B. Mechanisms of vibrational control of heat transfer in a liquid bridge // Int. J. Heat Mass Tran. 1997. Vol. 40. P. 4031-4042.
  • Lyubimov D.V., Lyubimova T.P., Skuridin R.V., Chen G., Roux B. Numerical investigation of meniscus deformation and flow in an isothermal liquid bridge subject to high-frequency vibrations under zero gravity conditions // Comput. Fluid. 2002. Vol. 31. P. 663-682.
  • Lyubimova T.P., Scuridin R.V., Cröll A., Dold P. Influence of high frequency vibrations on fluid flow and heat transfer in a floating zone // Cryst. Res. Technol. 2003. Vol. 38. P. 635-653.
Еще